Linux 新的API signalfd、timerfd、eventfd使用说明

旧城等待， 2022-06-17 06:08 24阅读 0赞

三种新的fd加入linux内核的的版本：

signalfd：2.6.22

timerfd：2.6.25

eventfd：2.6.22

三种fd的意义：

lsignalfd

传统的处理信号的方式是注册信号处理函数；由于信号是异步发生的，要解决数据的并发访问，可重入问题。signalfd可以将信号抽象为一个文件描述符，当有信号发生时可以对其read，这样可以将信号的监听放到select、poll、epoll等监听队列中。

ltimerfd

可以实现定时器的功能，将定时器抽象为文件描述符，当定时器到期时可以对其read，这样也可以放到监听队列的主循环中。

leventfd

实现了线程之间事件通知的方式，也可以用于用户态和内核通信。eventfd的缓冲区大小是sizeof(uint64\_t)；向其write可以递增这个计数器，read操作可以读取，并进行清零；eventfd也可以放到监听队列中，当计数器不是0时，有可读事件发生，可以进行读取。

三种新的fd都可以进行监听，当有事件触发时，有可读事件发生。

## signalfd涉及API： ##

#include <sys/signalfd.h> 
    int signalfd(int fd, const sigset_t *mask, int flags);

参数fd：如果是-1则表示新建一个，如果是一个已经存在的则表示修改signalfd所关联的信号；

参数mask：信号集合；

参数flag：内核版本2.6.27以后支持SFD\_NONBLOCK、SFD\_CLOEXEC；

成功返回文件描述符，返回的fd支持以下操作：read、select(poll、epoll)、close

l例子

#include <sys/signalfd.h> 
      #include <signal.h> 
      #include <unistd.h> 
      #include <stdlib.h> 
      #include <stdio.h> 
     
      #define handle_error(msg) \ 
      do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0) 
     
      int main(int argc, char *argv[]) 
      { 
        sigset_t mask; 
        int sfd; 
        struct signalfd_siginfo fdsi; 
        ssize_t s; 
     
        sigemptyset(&mask); 
        sigaddset(&mask, SIGINT); 
        sigaddset(&mask, SIGQUIT); 
     
        if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL) == -1) 
            handle_error("sigprocmask"); 
     
        sfd = signalfd(-1, &mask, 0); 
        if (sfd == -1) 
            handle_error("signalfd"); 
     
        for (;;) { 
            s = read(sfd, &fdsi, sizeof(struct signalfd_siginfo)); 
            if (s != sizeof(struct signalfd_siginfo)) 
                handle_error("read"); 
     
            if (fdsi.ssi_signo == SIGINT) { 
               printf("Got SIGINT\n"); 
            } else if (fdsi.ssi_signo == SIGQUIT) { 
            printf("Got SIGQUIT\n"); 
            exit(EXIT_SUCCESS); 
            } else { 
            printf("Read unexpected signal\n"); 
            } 
         } 
      }

L17-L21：将感兴趣的信号加入到sigset\_t中；

L24：调用signalfd，把信号集与fd关联起来，第一个参数为-1表示新建一个signalfd，不是-1并且是一个合法的signalfd表示向其添加新的信号。

L29：阻塞等待信号的发生并读取。根据读取的结果可以知道发生了什么信号。

## timerfd涉及的API ##

#include <sys/timerfd.h> 
    int timerfd_create(int clockid, int flags); 
    int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value); 
    int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);

timerfd\_create：创建一个timerfd；返回的fd可以进行如下操作：read、select(poll、epoll)、close

timerfd\_settime：设置timer的周期，以及起始间隔

timerfd\_gettime：获取到期时间。

//函数参数中数据结构如下： 
    struct timespec 
    { 
        time_t tv_sec; /* Seconds */ 
        long tv_nsec; /* Nanoseconds */ 
    }; 
      struct itimerspec 
    { 
        struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */ 
        struct timespec it_value; /* Initial expiration */ 
    };

l 例子

#include <sys/timerfd.h> 
      #include <sys/time.h> 
      #include <time.h> 
      #include <unistd.h> 
      #include <stdlib.h> 
      #include <stdio.h> 
      #include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */ 
     
      #define handle_error(msg) \ 
      do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0) 
     
      void printTime() 
      { 
          struct timeval tv; 
          gettimeofday(&tv, NULL); 
          printf("printTime: current time:%ld.%ld ", tv.tv_sec, tv.tv_usec); 
      } 
     
      int main(int argc, char *argv[]) 
      { 
          struct timespec now; 
          if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1) 
              handle_error("clock_gettime"); 
     
          struct itimerspec new_value; 
          new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]); 
          new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec; 
          new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]); 
          new_value.it_interval.tv_nsec = 0; 
     
          int fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0); 
          if (fd == -1) 
          handle_error("timerfd_create"); 
     
          if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1) 
              handle_error("timerfd_settime"); 
     
          printTime(); 
          printf("timer started\n"); 
     
          for (uint64_t tot_exp = 0; tot_exp < atoi(argv[3]);) 
          { 
              uint64_t exp; 
              ssize_t s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t)); 
              if (s != sizeof(uint64_t)) 
                  handle_error("read"); 
     
              tot_exp += exp; 
              printTime(); 
              printf("read: %llu; total=%llu\n",exp, tot_exp); 
      } 
     
      exit(EXIT_SUCCESS); 
     }

代码L25-L29：初始化定时器的参数，初始间隔与定时间隔。

L32：创建定时器fd，CLOCK\_REALTIME：真实时间类型，修改时钟会影响定时器；CLOCK\_MONOTONIC：相对时间类型，修改时钟不影响定时器。

L35：设置定时器的值。

L44：阻塞等待定时器到期。返回值是未处理的到期次数。比如定时间隔为2秒，但过了10秒才去读取，则读取的值是5。

编译运行：编译时要加rt库(g++ -lrt timerfd.cc -o timerfd)

\[root@localhost appTest\]\# ./timerfd 5 2 10  
printTime:  current time:1357391736.146196 timer started  
printTime:  current time:1357391741.153430 read: 1; total=1  
printTime:  current time:1357391743.146550 read: 1; total=2  
printTime:  current time:1357391745.151483 read: 1; total=3  
printTime:  current time:1357391747.161155 read: 1; total=4  
printTime:  current time:1357391749.153934 read: 1; total=5  
printTime:  current time:1357391751.157309 read: 1; total=6  
printTime:  current time:1357391753.158384 read: 1; total=7  
printTime:  current time:1357391755.150470 read: 1; total=8  
printTime:  current time:1357391757.150253 read: 1; total=9  
printTime:  current time:1357391759.149954 read: 1; total=10  
\[root@localhost appTest\]\#

第一个参数5为第一次定时器到期间隔，第二个参数2为定时器的间隔，第三个参数为定时器到期10次则退出。程序运行(5+2\*10)S退出。

详细信息可以：man timerfd\_create

## eventfd涉及API： ##

#include <sys/eventfd.h> 
    int eventfd(unsigned int initval, int flags);

创建一个eventfd，这是一个计数器相关的fd，计数器不为零是有可读事件发生，read以后计数器清零，write递增计数器；返回的fd可以进行如下操作：read、write、select(poll、epoll)、close。

这个函数会创建一个事件对象 (eventfd object), 用来实现，进程(线程)间的等待/通知(wait/notify) 机制. 内核会为这个对象维护一个64位的计数器(uint64\_t)。并且使用第一个参数(initval)初始化这个计数器。调用这个函数就会返回一个新的文件描述符(event object)。2.6.27版本开始可以按位设置第二个参数(flags)。有如下的一些宏可以使用：

lEFD\_NONBLOCK

功能同open(2)的O\_NONBLOCK，设置对象为非阻塞状态，如果没有设置这个状态的话，read(2)读eventfd,并且计数器的值为0 就一直堵塞在read调用当中，要是设置了这个标志， 就会返回一个 EAGAIN 错误(errno = EAGAIN)。效果也如同 额外调用select(2)达到的效果。

lEFD\_CLOEXEC

这个标识被设置的话，调用exec后会自动关闭文件描述符，防止泄漏。如果是2.6.26或之前版本的内核，flags 必须设置为0。  
创建这个对象后，可以对其做如下操作：

1) write： 将缓冲区写入的8字节整形值加到内核计数器上。

2) read： 读取8字节值， 并把计数器重设为0. 如果调用read的时候计数器为0， 要是eventfd是阻塞的， read就一直阻塞在这里，否则就得到 一个EAGAIN错误。如果buffer的长度小于8那么read会失败， 错误代码被设置成 EINVAL。

3) poll select epoll

4) close: 当不需要eventfd的时候可以调用close关闭， 当这个对象的所有句柄都被关闭的时候，内核会释放资源。 为什么不是close就直接释放呢， 如果调用fork 创建  
进程的时候会复制这个句柄到新的进程，并继承所有的状态。

l例子

#include <sys/eventfd.h>
     #include <unistd.h>
     #include <stdio.h>
     #include <stdint.h>
     #include <stdlib.h>
     #include <errno.h>
     #define handle_error(msg) \
        do { perror(msg); exit(1); } while (0)
    int main( int argc, char **argv ){
         uint64_t u;
         ssize_t s;5 int j;
         if ( argc < 2 ) {
            fprintf(stderr, "input in command argument");
             exit(1);
         }
     
         int efd;
         if ( (efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK)) == -1 )
                 handle_error("eventfd failed");
     
     
         switch (fork()) {
             case 0:
                 for( j = 1; j < argc; j ++ ) {
                     printf("Child writing %s to efd\n", argv[j] );
                 
                     u = strtoull(argv[j], NULL, 0); /* analogesly atoi */
                     s = write(efd, &u, sizeof(uint64_t));/*append u to counter */
                     if ( s != sizeof(uint64_t) )
                         handle_error("write efd failed");
     
                 }
                 printf("child completed write loop\n");
     
                 exit(0);
             default:
                 sleep (2);
                 
                 printf("parent about to read\n");
                 s = read(efd, &u, sizeof(uint64_t));
                 if ( s != sizeof(uint64_t) ) {
                     if (errno = EAGAIN) {
                         printf("Parent read value %d\n", s);
                         return 1;
                     }
                     handle_error("parent read failed");
                 }
                 printf("parent read %d , %llu (0x%llx) from efd\n",
                         s, (unsigned long long)u, (unsigned long long) u);
                 exit(0);
     
             case -1:
                 handle_error("fork ");
         }
         return 0;
    }